1 引言
射頻卡(RF卡)是一種新式非接觸式IC卡，它應(yīng)用電磁感應(yīng)原理，只需將卡片放在讀寫器附近一定的距離之內(nèi)就能實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，讀寫方便、快捷，在公交車收費、車庫與樓字管理等很多領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用。在我國北方地區(qū)大面積機井灌溉用水的管理上一直是個難題，通過IC卡管理水費合理方便，是—個有效的方法，有利于提高管理效率。
2 硬件組成
圖1 硬件原理圖
整個系統(tǒng)由主控芯片、射頻模塊、存儲器、語音芯片、時鐘芯片、顯示模塊、水流量傳感器以及電機保護和控制電路幾大部分組成，如圖1所示。流量傳感器采集的脈沖信號送到主控芯片，主控芯片記錄脈沖數(shù)量并進行換算、計量出用水量和費用，并更新數(shù)據(jù)到EEPROM以防止中途非正常斷電，根據(jù)射頻IC卡讀出的用戶信息控制機井電機的工作狀態(tài)。
(1)主控芯片采用89C52，它片內(nèi)集成8KB的ROM，256字節(jié)的RAM，三個可工作在四種不同方式下的16位定時／計數(shù)器，具有低功耗的待機模式和掉電工作模式，完全符合整個系統(tǒng)要求.
表1 Mifareone卡的存儲結(jié)構(gòu)
(2)非接觸式IC卡選用Mfare one射頻IC卡，其內(nèi)部包括高速CM08 EEPROM、數(shù)字邏輯模塊和高效率射頻天線模塊，卡片無源，工作時使用的電源能量由卡片讀寫器天線發(fā)送無線電載波信號耦合到卡片上的天線產(chǎn)生。Mifare one卡片的存儲容量為1K*8位字長，采用EEPROM作為存儲介質(zhì)，整個結(jié)構(gòu)劃分為l6個扇區(qū)，每個扇區(qū)4個塊，每個塊包含l6個字節(jié)，全部存儲空間共有64個塊。Mifare one卡的存儲結(jié)構(gòu)如表1所示。在Mifare one的64個塊中，扇區(qū)0的第0塊用于存儲該卡的序列號和生產(chǎn)廠商的標(biāo)志信息，該塊是只讀。其余扇區(qū)的塊0、塊l和塊2用于保存數(shù)據(jù)，塊3用于對該扇區(qū)的控制，被稱為控制塊。在這l6個字節(jié)中，包括了密匙A、B和控制字，其具體結(jié)構(gòu)如下：
(3)顯示部分采用HD7279A芯片，HD7279A是一片具有串行接口的，可同時驅(qū)動8位共陰數(shù)碼管的智能顯示驅(qū)動芯片，該芯片同時還可連接多達64鍵的鍵盤矩陣，單片即可完成LED顯示，鍵盤接口的全部功能。HD7279A 內(nèi)部含有譯碼器可直接接受 BCD碼或l6進制編碼并同時具有2種譯碼方式，此外還具有多種控制指令，如消隱、閃爍、左移、右移、段尋址等。HD7279A還具有片選信號可方便地實現(xiàn)多于8位的顯示，可以完成用水量、費用以及余額的顯示。
(4)存儲器芯片采用24CXX系列，24CXX系列EEPROM是串行接口器件，嚴格遵守II C總線的時序和數(shù)據(jù)格式，由于89C52芯片內(nèi)沒有IIC總線接口，可以用89C52的兩根I／O線P1．4和P1．5模擬IIC的時序，實現(xiàn)IIC總線的功能，其中P1．4作為串行時鐘控制線，P1．5作為串行數(shù)據(jù)傳輸線。
(5)射頻IC卡讀寫模塊采用PHILIPS公司的非接觸技術(shù)設(shè)計的微型嵌入式非接觸式IC卡讀寫模塊，內(nèi)嵌MF RC500射頻基站，整個模塊也是采用IIC協(xié)議與主控芯片進行數(shù)據(jù)通信。
(6)語音模塊；為了使系統(tǒng)更加人生化，除了LED顯示外，本系統(tǒng)采用芯片ISD4004對各項操作進行語音向?qū)Щ蚓嫣崾尽?ISD4004語音模塊與單片機之間采用SPI串行通訊方式。
(7)流量傳感器采用靈敏度較高的渦街流量傳感器，它的脈沖信號經(jīng)光電耦合傳給主控芯片的TO口。
(8)電機控制系統(tǒng)由交流接觸器完成，交流接觸器通過主控芯片的PI．6 El間接控制，同時還受到電機保護系統(tǒng)的控制，電機保護系統(tǒng)中交流互感器采集到電流信號并加以分析處理，當(dāng)電機供電系統(tǒng)中出現(xiàn)缺相、倒序、過流、欠壓等不正常隋況時電機保護系統(tǒng)采取保護措施斷開交流接觸器。
3 軟件設(shè)計
3．1 主程序
主程序主要完成系統(tǒng)的初始化，循環(huán)檢測射頻IC卡讀寫器的天線周圍是否有卡，讀取卡上的數(shù)據(jù)，存儲數(shù)據(jù)，記錄脈沖，計算用水費用，顯示用水量及余額。本系統(tǒng)采用2KB的24C02作為存儲器，主要存儲的數(shù)據(jù)有：四字節(jié)的用戶卡編號、六字節(jié)的密碼、五字節(jié)的金額。程序流程如圖2所示。
圖2 程序流程圖
3．2 對射頻lC卡的操作程序
圖3 射頻卡讀寫器對IC卡的讀寫流程圖
如圖3所示為射頻IC卡讀寫器對IC卡的讀寫流程，Mifare one卡讀寫器上電后會不斷地尋卡，嘗試對在其有效工作范圍內(nèi)的射頻IC卡按事先準備好的協(xié)議進行通訊，檢驗該卡是否為Mifare one卡，如果在讀寫器操作范圍內(nèi)有多張卡片，防沖突機制會檢測到所有卡片的序列號以便對各張卡片進行區(qū)分，選中其中一張卡片對其進行下一步操作。在選定卡片之后，讀寫器根據(jù)命令選擇要訪問的扇區(qū)號，并對該扇區(qū)的密匙進行校驗，其方式為三次認證令牌機制，如果密碼驗證通過就可以通過加密流進行通信，對扇區(qū)中的各個塊進行讀塊、寫塊、加
值、減值等操作了，如果改變扇區(qū)需重復(fù)密匙驗證。
3．3 顯示程序
顯示采用HD7279A芯片，該芯片提供了詳細的單片機接口程序，并且可以很方便的進行鍵盤的擴展。
4 結(jié)束語
由于采用了HD7279A芯片，該管理機預(yù)留鍵盤接口，根據(jù)需要稍作修改就可以完成對IC卡的充值管理。經(jīng)過實際應(yīng)用，本系統(tǒng)的設(shè)計符合可靠．陛、安全性要求，可以應(yīng)付各種較復(fù)雜的環(huán)境，具有一定的使用價值。
參考文獻：
陳林林、孫仁云等．基于89C52的IC卡讀／寫器的設(shè)計與應(yīng)用．四川工業(yè)學(xué)院學(xué)報，
陳林林、孫仁云等．基于89C52的IC卡讀／寫器的設(shè)計與應(yīng)用．四川工業(yè)學(xué)院學(xué)報，
2004(增刊)：ll6一ll9
張培仁．基于C語言編程MCS一5l單片機原理與應(yīng)用．北京，清華大學(xué)出版社，2002
張培仁．基于C語言編程MCS一5l單片機原理與應(yīng)用．北京，清華大學(xué)出版社，2002
作者簡介：肖健華(1981--)，男，在讀研究生，研究方向：智能控制與智能系統(tǒng)。
